弯曲二维拓扑绝缘体中近乎完美的自旋滤波

基于密度泛函理论（DFT）计算和紧束缚模型，我们从理论上探究了由二维拓扑绝缘体（2DTI）衍生的弯曲纳米结构的自旋电子性质。我们表明，弯曲几何使得以平面2DTI器件无法实现的方式操控电子自旋成为可能。我们预测，与平面2DTI器件不同，弯曲2DTI相关纳米结构即便在无磁场时也能作为高效的两端自旋滤波器。我们针对弯曲几何，对我们先前关于SiC上宽带隙平面2DTI铋烯的紧束缚模型进行了推广。所得模型应用于具有自由边的理想穹顶几何时，显示出量子自旋霍尔物理，包括自旋极化边缘态。该模型预测，在特定两端几何下，穹顶在无磁场时对自旋实现近乎完美的滤波。我们的DFT计算预测，吸附硅和氢原子的Bi$_{105}$Si$_{105}$H$_{15}$铋烯穹顶是稳定的。我们经调整以匹配DFT计算给出的态密度的紧束缚模型预测，Bi$_{105}$Si$_{105}$H$_{15}$穹顶应展现量子自旋霍尔物理，并在两端构型中具有非常有效的自旋滤波。